論文の概要: Electric-field Quantum Sensing Exploiting a Photogenerated Charge-transfer Triplet State in a Molecular Semiconductor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19640v1
• Date: Tue, 24 Jun 2025 14:01:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.66138
• Title: Electric-field Quantum Sensing Exploiting a Photogenerated Charge-transfer Triplet State in a Molecular Semiconductor
• Title（参考訳）: 分子半導体における光発生電荷移動三重項状態の電場量子センシング
• Authors: Niccolò Fontana, Mikhail V. Vaganov, Gabriel Moise, William K. Myers, Kun Peng, Arzhang Ardavan, Junjie Liu,
• Abstract要約: 電場センシングは、通常弱いスピン電結合と限られた方向感度のため、難しいままである。 本稿では、有機分子ACRSAにおける光発生電荷移動(CT)スピン三重項状態を用いたコヒーレント電場センシングを実証する。 我々は,有機CT三重項を,原子-SOCを介さずに機能するEフィールドの化学的に多目的かつ方向性に敏感な量子センサとして位置づけた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.467246621659686
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Molecular spin systems are promising platforms for quantum sensing due to their chemically tunable Hamiltonians, enabling tailored coherence properties and interactions with external fields. However, electric field sensing remains challenging owing to typically weak spin-electric coupling (SEC) and limited directional sensitivity. Addressing these issues using heavy atoms exhibiting strong atomic spin-orbit couplings (SOC) often compromises spin coherence times. Here, we demonstrate coherent electric field sensing using a photogenerated charge-transfer (CT) spin triplet state in the organic molecule ACRSA (10-phenyl-10H,10' H-spiro\[acridine-9,9'-anthracen]-10'-one). By embedding electric field pulses within a Hahn echo sequence, we coherently manipulate the spin triplet and extract both the magnitude and directional dependence of its SEC. The measured SEC strength is approximately, comparable to values reported in systems with strong atomic SOC, illustrating that heavy atoms are not a prerequisite for electric-field sensitivity of spin states. Our findings position organic CT triplets as chemically versatile and directionally sensitive quantum sensors of E-fields that function without atomic-SOC-mediated mechanisms.
• Abstract（参考訳）: 分子スピン系は、化学的に調整可能なハミルトニアンにより量子センシングのプラットフォームとして期待でき、調整されたコヒーレンス特性と外部磁場との相互作用を可能にしている。 しかし、通常は弱いスピン電結合(SEC)と限られた方向感度のため、電場感知は依然として困難である。 これらの問題に、強い原子スピン軌道結合(SOC)を示す重原子を用いて対処することは、スピンコヒーレンス時間を損なう。 ここでは、有機分子ACRSA(10-phenyl-10H,10' H-spiro\[acridine-9,9'-anthracen]-10'-one)における光発生電荷移動(CT)スピン三重項状態を用いたコヒーレント電場センシングを実証する。 ハーンエコー列に電界パルスを埋め込むことで、スピン三重項をコヒーレントに操作し、SECの大きさと方向の依存を抽出する。 測定されたSEC強度は、強い原子SOCを持つ系で報告される値とほぼ同等であり、重い原子がスピン状態の電場感度の前提条件ではないことを示す。 我々は,有機CT三重項を,原子-SOCを介さずに機能するEフィールドの化学的に多目的かつ方向性に敏感な量子センサとして位置づけた。

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